一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置制造方法
【專利摘要】一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，涉及電廠鍋爐尾部煙道積灰采集領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有的積灰采樣裝置的灰樣采集精度低及不能實時監(jiān)測采樣裝置表面的熱流變化情況的問題。采樣探頭、采樣連接頭和采樣支撐體外套管順序連接，采樣支撐體出氣導管固定在采樣支撐體外套管上，采樣支撐體進氣導管貫穿采樣支撐體外套管、所述采樣連接頭和所述采樣探頭，外表壁熱電偶和內(nèi)表壁熱電偶安裝在采樣探頭的盲孔內(nèi)，且探頭外表壁熱電偶同時連接溫度采集儀和閥門控制器，探頭內(nèi)表壁熱電偶連接溫度采集儀，閥門控制器的另一端連接電動調(diào)節(jié)閥，電動調(diào)節(jié)閥的入氣端和出氣端分別連空氣壓縮機和采樣支撐體進氣導管。本實用新型適用于鍋爐的積灰采樣。
【專利說明】一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及電廠鍋爐尾部煙道積灰采集領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是近十幾年迅速發(fā)展的一項高效低污染清潔燃燒技術(shù)。循環(huán)流化床鍋爐可以燃燒劣質(zhì)煤、油頁巖和生物質(zhì)等燃料，因此具有燃料適用性廣的顯著特點。但是劣質(zhì)煤、油頁巖和生物質(zhì)等燃料含有較高的堿金屬或堿土金屬，在燃燒過程中產(chǎn)生灰塵，從而帶來積灰問題，尤其是當一種新的燃燒技術(shù)應(yīng)用到循環(huán)流化床鍋爐時，如富氧燃燒技術(shù)，鍋爐尾部煙道受熱面上的潛在的積灰問題值得關(guān)注。為了減少風險和研究成本，采用富氧燃燒技術(shù)的循環(huán)流化床鍋爐的尾部受熱面上積灰問題的研究通常在實驗室條件下進行，因此要求采樣過程盡可能與鍋爐實際情況保持一致。
[0003]清華大學煤燃燒工程研究中心申報的專利號200920106345.X的實用新型專利“一種爐內(nèi)積灰采樣裝置”考慮了流場條件、金屬材質(zhì)和溫度對積灰的影響，但對采樣裝置表面溫度的控制精度未作詳細說明，也沒有考慮對積灰過程中熱流的變化進行監(jiān)測，且目前商業(yè)用的熱流計的價格昂貴，不適用于廣泛推廣。
[0004]在實際的循環(huán)流化床鍋爐尾部煙道積灰采樣過程中，通常需要控制采樣裝置的表面溫度，使其保持恒定，以模擬實際鍋爐運行中換熱管的壁面溫度。同時，在試驗過程中需要調(diào)節(jié)壁面溫度以滿足不同工況及運行條件。除此之外，為了研究飛灰沉積過程中沉積灰對傳熱的影響，往往需要監(jiān)測采樣裝置表面的熱流變化情況。現(xiàn)有的積灰采集裝置不能滿足上述要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型是為了解決現(xiàn)有的積灰采樣裝置的灰樣采集精度低及不能實時監(jiān)測采樣裝置表面的熱流變化情況的問題?，F(xiàn)提供一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置。
[0006]一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，它包括采樣探頭、探頭外表壁熱電偶、探頭內(nèi)表壁熱電偶、采樣連接頭、采樣支撐體外套管、采樣支撐體出氣導管、采樣支撐體進氣導管、溫度數(shù)據(jù)采集儀、閥門控制器、電動調(diào)節(jié)閥和空氣壓縮機；
[0007]采樣探頭包括厚壁管和薄壁管，所述厚壁管的內(nèi)表壁緊貼所述薄壁管的外表壁，所述厚壁管的一端和所述薄壁管的一端均為密封端；所述厚壁管的另一端的外表壁上開有一個一號盲孔，所述厚壁管的另一端的內(nèi)表壁上開有一個二號盲孔；所述薄壁管的另一端與采樣連接頭的一端焊接；所述采樣連接頭的另一端與采樣支撐體外套管的一端連通，所述采樣支撐體外套管的另一端為密封端，采樣支撐體出氣導管設(shè)置在所述采樣支撐體外套管的外表壁上，且與所述采樣支撐體外套管連通；采樣支撐體進氣導管的一端穿過所述采樣支撐體外套管、所述采樣連接頭和所述采樣探頭，且所述采樣支撐體進氣導管的一端在所述采樣探頭的內(nèi)部，所述采樣支撐體進氣導管與所述采樣支撐體外套管同軸；所述采樣支撐體進氣導管的另一端連通電動調(diào)節(jié)閥的出氣端，所述電動調(diào)節(jié)閥的入氣端與空氣壓縮機的出氣端連通，所述電動調(diào)節(jié)閥的控制端連接所述閥門控制器的控制端；探頭外表壁熱電偶和探頭內(nèi)表壁熱電偶分別設(shè)置在一號盲孔和二號盲孔內(nèi)；探頭外表壁熱電偶的輸出端同時連接閥門控制器的采集端和溫度采集儀的外壁溫度輸入端；探頭內(nèi)表壁熱電偶的輸出端連接溫度采集儀的內(nèi)壁溫度輸入端。
[0008]一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置還包括計算機，溫度采集儀的采集信號輸出端連接計算機的采集信號輸入端。
[0009]所述采樣支撐體進氣導管的一端與所述采樣探頭的左端的距離為5_。
[0010]一號盲孔和二號盲孔的直徑均為Imm,深度均為10mm。
[0011]所述厚壁管和所述薄壁管的厚度比的范圍為5:1?8:1。
[0012]所述厚壁管的長度比所述薄壁管的長度短IOmm?15mm。
[0013]探頭外表壁熱電偶和探頭內(nèi)表壁熱電偶均是直徑為Imm的熱電偶。
[0014]所述采樣探頭的薄壁管的內(nèi)徑與所述采樣連接頭的內(nèi)徑相等，所述采樣支撐體進氣導管的外徑比所述采樣探頭的薄壁管的內(nèi)徑小4mm?8mm，所述采樣支撐體進氣導管的外徑比所述采樣支撐體外套管的內(nèi)徑小4mm?8mm。
[0015]本實用新型適用于鍋爐的積灰采樣。
[0016]本實用新型所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，它采用的熱電偶、閥門控制器及電動調(diào)節(jié)閥，通過自動調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)進入一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置的壓縮空氣流量，從而達到準確監(jiān)測一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置的溫度的目的，提高了灰樣采集精度，相比現(xiàn)有的積灰采樣裝置，灰樣采集精度提高了 30%以上；它采用的溫度采集儀將采樣探頭上的兩個測溫點的溫度儲存在計算機上，然后通過計算機計算得到積灰過程中的熱流變化曲線，從而實現(xiàn)了實時監(jiān)測采樣裝置表面的熱流變化情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0018]圖2為本實用新型所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置中的采樣探頭的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為采樣探頭剖面圓心到探頭外表壁熱電偶和探頭內(nèi)表壁熱電偶的半徑示意圖。
【具體實施方式】
[0020]【具體實施方式】一:參照圖1和圖2具體說明本實施方式,本實施方式所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，它包括采樣探頭1、探頭外表壁熱電偶2、探頭內(nèi)表壁熱電偶3、采樣連接頭4、采樣支撐體外套管5、采樣支撐體出氣導管6、采樣支撐體進氣導管7、溫度數(shù)據(jù)采集儀8、閥門控制器9、電動調(diào)節(jié)閥10和空氣壓縮機11 ；
[0021]采樣探頭I包括厚壁管1-1和薄壁管1-2，所述厚壁管1-1的內(nèi)表壁緊貼所述薄壁管1-2的外表壁，所述厚壁管1-1的一端和所述薄壁管1-2的一端均為密封端；所述厚壁管1-1的另一端的外表壁上開有一個一號盲孔1-3,所述厚壁管1-1的另一端的內(nèi)表壁上開有一個二號盲孔1-4 ；
[0022]所述薄壁管1-2的另一端與采樣連接頭4的一端焊接；所述采樣連接頭4的另一端與采樣支撐體外套管5的一端連通，所述采樣支撐體外套管5的另一端為密封端，
[0023]采樣支撐體出氣導管6設(shè)置在所述采樣支撐體外套管5的外表壁上，且與所述采樣支撐體外套管5連通；
[0024]采樣支撐體進氣導管7的一端穿過所述采樣支撐體外套管5、所述采樣連接頭4和所述采樣探頭I，且所述采樣支撐體進氣導管7的一端在所述采樣探頭I的內(nèi)部，所述采樣支撐體進氣導管7與所述采樣支撐體外套管5同軸；
[0025]所述采樣支撐體進氣導管7的另一端連通電動調(diào)節(jié)閥10的出氣端，所述電動調(diào)節(jié)閥10的入氣端與空氣壓縮機11的出氣端連通，所述電動調(diào)節(jié)閥10的控制端連接所述閥門控制器9的控制端；
[0026]探頭外表壁熱電偶2和探頭內(nèi)表壁熱電偶3分別設(shè)置在一號盲孔1-3和二號盲孔1-4內(nèi)；探頭外表壁熱電偶2的輸出端同時連接閥門控制器9的采集端和溫度采集儀8的外壁溫度輸入端；
[0027]探頭內(nèi)表壁熱電偶3的輸出端連接溫度采集儀8的內(nèi)壁溫度輸入端。
[0028]【具體實施方式】二:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采 樣裝置作進一步說明，本實施方式中，它還包括計算機12，溫度采集儀8的采集信號輸出端連接計算機12的采集信號輸入端。
[0029]工作過程:試驗前期在閥門控制器9的控制面板上預先設(shè)置溫度，稱為設(shè)定溫度。
[0030]參照圖1說明本實用新型所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置的氣體的流通氣路:空氣壓縮機11的出氣端輸出空氣至電動調(diào)節(jié)閥10的入氣端，電動調(diào)節(jié)閥10的出氣端輸出該空氣至采樣支撐體進氣導管7的一端，該空氣從采樣支撐體進氣導管7的另一端輸出，然后空氣沿著支撐體進氣導管7的外壁的流通通道流動，最終從采樣支撐體出氣導管6流出。在空氣的流通過程中，探頭外表壁熱電偶2和探頭內(nèi)表壁熱電偶3分別監(jiān)測米樣探頭I外表壁和內(nèi)表壁的溫度，探頭外表壁熱電偶2輸出外表壁溫度信號至閥門控制器9，閥門控制器9對比所述外表壁溫度和設(shè)定溫度，當所述外表壁溫度大于設(shè)定溫度時，閥門控制器9發(fā)出控制信號給電動調(diào)節(jié)閥10，電動調(diào)節(jié)閥10根據(jù)所述控制信號自動調(diào)節(jié)閥門的開度，如此反復控制直到外表壁溫度達到預定溫度，在上述過程中，所述外表壁溫度和內(nèi)表壁溫度分別輸入至溫度采集儀8的外表壁溫度輸入端和內(nèi)表壁溫度輸入端，經(jīng)溫度采集儀8采集以后輸出至計算機，計算機將得到外表壁溫度數(shù)據(jù)和內(nèi)表壁溫度數(shù)據(jù)代入熱流密度的計算公式，Q= λ (I^t2)Rln(R2ZR1),從而得到熱流密度。實踐證明，外表壁溫度與設(shè)定溫度的誤差在±2°C內(nèi)。
[0031]其中，q為熱流密度,單位為W/m2 ; λ為厚壁管的導熱率,單位為W/(m.K) ;R為采樣探頭中心到厚壁管的某一點的半徑，單位為m;RdP R2分別為采樣探頭中心到探頭外表壁熱電偶2和探頭內(nèi)表壁熱電偶3處的半徑，單位為m山和t2分別為探頭外表壁熱電偶2和探頭內(nèi)表壁熱電偶3處所測量的溫度，單位為。C。
[0032]【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置作進一步說明，本實施方式中，所述采樣支撐體進氣導管7的一端與所述采樣探頭I的左端的距離為5_。
[0033]在本實施方式中，采樣支撐體進氣導管7的一端與所述采樣探頭I的左端有距離，是為了便于空氣流通。
[0034]【具體實施方式】四:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置作進一步說明，本實施方式中，一號盲孔1-3和二號盲孔的直徑均為Imm,深度均為10mm。
[0035]盲孔的功能是為安插熱電偶。盲孔的孔徑與熱電偶的半徑要相互適合，若兩個盲孔的孔徑太小，熱電偶容易松動，從而不能順利固定熱電偶，導致所測量的溫度不準確；若兩個盲孔的孔徑太大，容易導致兩熱電偶之間的間距太小，不利于溫度的測量。
[0036]【具體實施方式】五:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置作進一步說明，本實施方式中，所述厚壁管1-1和所述薄壁管1-2的厚度比的范圍為5:1?8:1。
[0037]在本實施方式中，厚壁管1-1和薄壁管1-2的厚度比的范圍為5:1?8:1，經(jīng)過試驗驗證，厚壁管1-1和薄壁管1-2的最佳厚度比為6:1。
[0038]【具體實施方式】六:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置作進一步說明，本實施方式中，所述厚壁管1-1的長度比所述薄壁管1_2的長度短IOmm?15mm。
[0039]在本實施方式中，厚壁管比薄壁管短IOmm?15mm，是為了便于薄壁管與采樣連接頭4的連通，同時也方便了探頭外表壁熱電偶2和探頭內(nèi)表壁熱電偶3的安裝。
[0040]【具體實施方式】七:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置作進一步說明，本實施方式中，探頭外表壁熱電偶2和探頭內(nèi)表壁熱電偶3均是直徑為Imm的熱電偶。
[0041]【具體實施方式】八:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置作進一步說明，本實施方式中，所述采樣探頭I的薄壁管1-2的內(nèi)徑與所述采樣連接頭4的內(nèi)徑相等，所述采樣支撐體進氣導管7的外徑比所述采樣探頭I的薄壁管1-2的內(nèi)徑小4mm?8mm，所述采樣支撐體進氣導管7的外徑比所述采樣支撐體外套管5的內(nèi)徑小4mm?8mm。
[0042]在本實施方式中，所述采樣探頭I的薄壁管1-2的內(nèi)徑與所述采樣連接頭4的內(nèi)徑相等，所述采樣支撐體進氣導管7的外徑比所述采樣探頭I的薄壁管1-2的內(nèi)徑小4mm?8mm,所述采樣支撐體進氣導管7的外徑比所述采樣支撐體外套管5的內(nèi)徑小4mm?8mm,是為了保證空氣的流通氣路暢通。
[0043]熱流密度與外表壁溫度、內(nèi)表壁溫度的關(guān)系:采樣探頭I的導熱，實質(zhì)上就是一個圓筒壁的導熱，所以采樣探頭I的導熱量可以通過傅里葉定律求得，公式如下:q=X (trt2)Rln(R2ZiR1),其中q為熱流密度，單位為W/m2 ; λ為厚壁管的導熱率，單位為W/(m.K) ;R為采樣探頭中心到厚壁管的某一點的半徑，單位為m;RjP R2分別為采樣探頭剖面圓心到探頭外表壁熱電偶2和探頭內(nèi)表壁熱電偶3處的半徑，如圖3所示，單位為m山和t2分別為探頭外表壁熱電偶2和探頭內(nèi)表壁熱電偶3處所測量的溫度，單位為。C。由上述公式中得出某一 R處的熱流密度值只與有關(guān)系，所以測量這兩點的溫度值，即可知道熱流密度變化情況。
【權(quán)利要求】
1.一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，其特征在于，它包括采樣探頭(I)、探頭外表壁熱電偶(2)、探頭內(nèi)表壁熱電偶(3)、采樣連接頭(4)、采樣支撐體外套管(5)、采樣支撐體出氣導管(6)、采樣支撐體進氣導管(7)、溫度數(shù)據(jù)采集儀(8)、閥門控制器(9)、電動調(diào)節(jié)閥(10)和空氣壓縮機(11)； 采樣探頭(I)包括厚壁管(1-1)和薄壁管(1-2 )，所述厚壁管(1-1)的內(nèi)表壁緊貼所述薄壁管(1-2)的外表壁，所述厚壁管(1-1)的一端和所述薄壁管(1-2)的一端均為密封端；所述厚壁管(1-1)的另一端的外表壁上開有一個一號盲孔(1-3)，所述厚壁管(1-1)的另一端的內(nèi)表壁上開有一個二號盲孔(1-4)； 所述薄壁管(1-2)的另一端與采樣連接頭(4)的一端焊接；所述采樣連接頭(4)的另一端與采樣支撐體外套管(5)的一端連通，所述采樣支撐體外套管(5)的另一端為密封端， 采樣支撐體出氣導管(6)設(shè)置在所述采樣支撐體外套管(5)的外表壁上，且與所述采樣支撐體外套管(5 )連通； 采樣支撐體進氣導管(7)的一端穿過所述采樣支撐體外套管(5)、所述采樣連接頭(4)和所述采樣探頭(1)，且所述采樣支撐體進氣導管(7)的一端在所述采樣探頭(I)的內(nèi)部，所述采樣支撐體進氣導管(7)與所述采樣支撐體外套管(5)同軸； 所述采樣支撐體進氣導管(7)的另一端連通電動調(diào)節(jié)閥(10)的出氣端，所述電動調(diào)節(jié)閥(10)的入氣端與空氣壓縮機(11)的出氣端連通，所述電動調(diào)節(jié)閥(10)的控制端連接所述閥門控制器(9)的控制端； 探頭外表壁熱電偶(2)和探頭內(nèi)表壁熱電偶(3)分別設(shè)置在一號盲孔(1-3)和二號盲孔(1-4)內(nèi)；探頭外表壁熱電偶(2)的輸出端同時連接閥門控制器(9)的采集端和溫度采集儀(8)的外壁溫度輸入端； 探頭內(nèi)表壁熱電偶(3)的輸出端連接溫度采集儀(8)的內(nèi)壁溫度輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，其特征在于，它還包括計算機(12)，溫度采集儀(8)的采集信號輸出端連接計算機(12)的采集信號輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，其特征在于，所述采樣支撐體進氣導管(7)的一端與所述采樣探頭(I)的左端的距離為5_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，其特征在于，一號盲孔(1-3)和二號盲孔的直徑均為Imm,深度均為10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，其特征在于，所述厚壁管(1-1)和所述薄壁管(1-2)的厚度比的范圍為5:1?8:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，其特征在于，所述厚壁管(1-1)的長度比所述薄壁管(1-2)的長度短IOmm?15mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，其特征在于，探頭外表壁熱電偶(2 )和探頭內(nèi)表壁熱電偶(3 )均是直徑為Imm的熱電偶。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面溫度可控和熱流可實時監(jiān)測的積灰采樣裝置，其特征在于，所述采樣探頭(I)的薄壁管(1-2)的內(nèi)徑與所述采樣連接頭(4)的內(nèi)徑相等，所述采樣支撐體進氣導管(7)的外徑比所述采樣探頭(I)的薄壁管(1-2)的內(nèi)徑小4mm?8mm，所述采樣支撐體進氣導管(7)的外徑比所述采樣支撐體外套管(5)的內(nèi)徑小4mm?8mm。
【文檔編號】G01N1/24GK203688304SQ201420066551
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月14日
【發(fā)明者】王輝, 鄭志敏, 蔡永鐵, 楊利, 郭帥, 劉雪龍, 郭永軍, 吳少華 申請人:哈爾濱工業(yè)大學